최근 러시아 과학 아카데미의 응용 물리학 연구소는 Extreme Academy of Sciences의 Extreme Light Study (Extreme Light Study)를 소개했습니다.고전력 레이저. 이 프로젝트에는 매우 건설이 포함됩니다고전력 레이저대형 조리개 칼륨 디디 륨 포스페이트 (DKDP, 화학식 KD2PO4) 결정에서 광학 파라 메트릭 chirped 펄스 증폭 기술에 기초하여, 600 PW 피크 전력 펄스의 예상 총 출력. 이 작업은 XCELS 프로젝트 및 레이저 시스템에 대한 중요한 세부 사항 및 연구 결과를 제공하며 초강력 광장 상호 작용과 관련된 응용 프로그램 및 잠재적 영향을 설명합니다.
Xcels 프로그램은 2011 년에 최고 전력 달성을위한 초기 목표로 제안되었습니다.원자 램프현재 600 PW로 업그레이드되는 200 PW의 펄스 출력. 그것은레이저 시스템세 가지 주요 기술에 의존합니다.
(1) OPCPA (Optical Parametric Chirped Pulse Amplification) 기술은 전통적인 처진 펄스 증폭 (Chirped Pulse Amplification, OPCPA) 대신 사용됩니다. CPA) 기술;
(2) 게인 매체로서 DKDP를 사용하여, 초강대대 위상 매칭은 910 nm 파장 근처에서 실현된다;
(3) 수천 개의 줄라도의 맥박 에너지가있는 큰 조리개 네오디뮴 유리 레이저는 파라 메트릭 증폭기를 펌핑하는 데 사용됩니다.
초대형 밴드 위상 매칭은 많은 결정에서 널리 발견되며 OPCPA 펨토초 레이저에서 사용됩니다. DKDP 결정은 실제로 수십 센티미터의 조리개로 성장할 수있는 유일한 재료이며 동시에 다중 PW 전력의 증폭을 지원하기 위해 허용 가능한 광학적 특성을 가지고 있기 때문에 사용됩니다.레이저. DKDP 결정이 ND 유리 레이저의 이중 주파수 표시등에 의해 펌핑 될 때, 증폭 된 펄스의 캐리어 파장이 910 nm 인 경우, 웨이브 벡터 불일치의 테일러 확장의 처음 3 항은 0입니다.
그림 1은 Xcels 레이저 시스템의 개략도입니다. 프론트 엔드는 중앙 파장 910 nm (도 1의 1.3) 및 1054 nm 나노초 펄스가 OPCPA 펌핑 레이저 (그림 1의 1.1 및 1.2)로 1054 nm 나노초 펄스를 갖는 삐걱 거리는 펨토초 펄스를 생성했습니다. 프론트 엔드는 또한 이러한 펄스의 동기화와 필요한 에너지 및 시공간 매개 변수를 보장합니다. 더 높은 반복 속도 (1Hz)로 작동하는 중간 OPCPA는 삐걱 거리는 펄스를 수십의 줄로 증폭시킵니다 (그림 1의 2). 펄스는 부스터 OPCPA에 의해 단일 킬로 제일 빔으로 추가로 증폭되고 12 개의 동일한 서브 빔으로 나뉩니다 (그림 1의 4). 최종 12 개의 OPCPA에서, 12 개의 chirped 광 펄스 각각은 Kilojoule 수준 (그림 1의 5)으로 증폭 된 다음 12 개의 압축 격자 (그림 1의 GC)에 의해 압축된다. Acousto-optic 프로그래밍 가능 분산 필터는 최대 가능한 펄스 폭을 얻기 위해 그룹 속도 분산 및 고차 분산을 정확하게 제어하기 위해 프론트 엔드에서 사용됩니다. 펄스 스펙트럼은 거의 12 차 수퍼 가우스의 모양을 가지며, 최대 값의 1%에서 스펙트럼 대역폭은 150 nm이며, 푸리에 변환 한계 펄스 폭은 17fs입니다. 불완전한 분산 보상 및 파라 메트릭 증폭기에서 비선형 위상 보상의 어려움을 고려할 때, 예상되는 펄스 폭은 20fs입니다.
Xcels 레이저는 2 개의 8 채널 UFL-2M Neodymium Glass Laser 주파수 배가 모듈 (그림 1의 3)을 사용하며, 그 중 13 개의 채널이 부스터 OPCPA 및 12 최종 OPCPA를 펌핑하는 데 사용됩니다. 나머지 3 개의 채널은 독립적 인 나노초 킬로 줄 펄스로 사용됩니다.레이저 소스다른 실험의 경우. DKDP 결정의 광학 파괴 임계 값에 의해 제한되면, 펌핑 된 펄스의 조사 강도는 각 채널에 대해 1.5 gw/cm2로 설정되고 지속 시간은 3.5 ns입니다.
Xcels 레이저의 각 채널은 50 PW의 전력으로 펄스를 생성합니다. 총 12 개의 채널은 600 PW의 총 출력 전력을 제공합니다. 주요 대상 챔버에서, 이상적인 조건 하에서 각 채널의 최대 초점 강도는 0.44 × 1025 w/cm2이며, F/1 포커싱 요소가 초점을 맞추는 데 사용된다고 가정합니다. 압축 후 기술에 의해 각 채널의 펄스가 2.6fs로 추가로 압축되면, 해당 출력 펄스 전력은 230 × 1025 w/cm2의 광도에 해당하는 230 pw로 증가됩니다.
더 큰 광도를 달성하기 위해, 600 pw 출력에서, 12 채널의 광 펄스는 그림 2와 같이 역 쌍극자 방사선의 형상에 초점을 맞출 것이다. 각 채널의 펄스 위상이 잠기지 않으면 초점 강도는 9 × 1025 w/cm2에 도달 할 수있다. 각 펄스 위상이 잠금 및 동기화되면, 코 히어 런트 결과 광 강도는 3.2 × 1026 w/cm2로 증가합니다. 주요 대상 룸 외에도 XCELS 프로젝트에는 최대 10 개의 사용자 실험실이 포함되어 있으며 각 실험을 위해 하나 이상의 빔을받습니다. 이 매우 강력한 조명 필드를 사용하여 XCELS 프로젝트는 네 가지 범주로 실험을 수행 할 계획입니다. 강한 레이저 필드의 양자 전기 역학 공정; 입자의 생산 및 가속도; 이차 전자기 방사선의 생성; 실험실 천체 물리학, 고 에너지 밀도 과정 및 진단 연구.
무화과. 2 메인 대상 챔버의 초점. 명확성을 위해 빔 6의 포물선 미러는 투명하게 설정되고 입력 및 출력 빔은 2 개의 채널 1과 7만을 보여줍니다.
그림 3은 실험 빌딩에서 Xcels 레이저 시스템의 각 기능 영역의 공간 레이아웃을 보여줍니다. 전기, 진공 펌프, 수처리, 정제 및 에어컨은 지하실에 있습니다. 총 건축 면적은 24,000m2 이상입니다. 총 전력 소비는 약 7.5MW입니다. 실험 빌딩은 내부 중공 전체 프레임과 외부 섹션으로 구성되며 각각 2 개의 분리 된 기초 위에 구축됩니다. 진공 및 기타 진동 유발 시스템은 진동-이 분리 기초에 설치되어 기초를 통해 레이저 시스템으로 전송되는 교란의 진폭이 1-200 Hz의 주파수 범위에서 10-10 G2/Hz 미만으로 감소되도록합니다. 또한 레이저 홀에 지구 및 장비의 드리프트를 체계적으로 모니터링하기 위해 측지 홀에 지오 디스 참조 마커 네트워크가 설치됩니다.
XCELS 프로젝트는 매우 높은 피크 파워 레이저를 기반으로하는 대규모 과학 연구 시설을 만드는 것을 목표로합니다. Xcels 레이저 시스템의 하나의 채널은 1024 w/cm2보다 몇 배 높은 집중 광 강도를 제공 할 수 있으며, 이는 압축 후 기술로 1025 w/cm2에 의해 더욱 초과 될 수 있습니다. 레이저 시스템의 12 채널의 쌍극자 중심 펄스에 의해, 후 압축 및 위상 잠금 없이도 1026 W/CM2에 가까운 강도를 달성 할 수 있습니다. 채널 간의 위상 동기화가 잠겨 있으면 광도가 여러 배나 높아집니다. 이러한 기록적인 펄스 강도와 다 채널 빔 레이아웃을 사용하여 미래의 XCELS 시설은 매우 높은 강도, 복잡한 조명 필드 분포로 실험을 수행 할 수 있으며 다 채널 레이저 빔 및 보조 방사선을 사용한 상호 작용을 진단 할 수 있습니다. 이것은 매우 강력한 전자기장 실험 물리학 분야에서 독특한 역할을 할 것입니다.
시간 후 : 3 월 26 일